Variações rápidas de temperatura foram medidas nos fluxos de gases emanados ao redor de buraco negro. Observatório orbital de raios-X observou espectro de radiação que atravessa disco de acreção.
Buracos negros supermassivos podem ser vorazes, devorando gás, poeira e outros materiais atraídos por sua gravidade. Esta alimentação frenética pode tornar-se  uma bagunça: os discos de matéria circulando os buracos negros podem lançar fluxos rápidos de gases quentes, “ventos”, que atravessam as galáxias hospedeiras. Estes ventos, segundo novas medidas de um buraco negro supermassivo próximo obtidas com o telescópio Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), da NASA, podem se aquecer e esfriar em apenas algumas horas.
As descobertas, feitas com o NuSTAR e o telescópio XMM-Newton, da European Space Agency (ESA), aparecem na edição de amanhã (02/013/2017).
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Ilustração de um buraco negro supermassivo como raios-X emanando de sua região interna (anel rosa) e ventos ultra rápidos (linhas em roxo claro) fluindo a partir do disco ao redor (Foto: ESA)
Ventos e raios-X  “Sabemos que buracos negros supermassivos afetam o ambiente de suas galáxias hospedeiras e ventos poderosos emergindo próximos ao buraco negro pode ser um [dos] meios para que façam isso”, diz Fiona Harrison, principal investigadora do NuSTAR, Professora de Física Benjamin M. Rosen e Presidente de Liderança Kent and Joyce Kresa da Division of Physics, Mathematics and Astronomy do California Institute of Technology (Caltech). “A rápida variabilidade, observada pela primeira vez, está fornecendo pistas sobre como estes ventos se formam e quanta energia podem carregar para a galáxia.”
Buracos negros supermassivos são orbitados por discos de gás e poeira, chamados discos de acreção, da qual se alimentam. Buracos negros jovens e energéticos, como o IRAS 13224–3809, estudado pelo NuSTAR, só podem se alimentar tão rápido, porém, antes de seus discos de acreção começarem a emitir fluxos rápidos de gases quentes em todas as direções. Estes ventos, que viajam a 71 mil km/h – um quarto da velocidade da luz – e carregam uma quantidade enorme de matéria, podem perturbar a formação estelar na galáxia hospedeira.
Para medir as temperaturas destes ventos, a equipe estudou raios-X oriundos do limite do buraco negro. Em sua viagem rumo à Terra, estes raios-X passam pelos ventos e alguns comprimentos de onda do espectro de raio-X são absorvidos pelos diferentes elementos nos ventos, como ferro e magnésio. Examinando as lacunas, “linhas de absorção”, astrônomos podem aprender sobre os componentes do vento.
Ao observar este espectro, a equipe notou que as linhas desapareciam e reapareciam no intervalo de algumas horas e concluiu que os raios-X estava aquecendo os ventos a temperaturas muito altas – milhões de graus – de forma que não fossem mais capazes de absorver mais raios-X. Os ventos, então, se resfriam e as linhas de absorção retornam, reiniciando o ciclo.
Segundo a ESA, o telescópio espacial  X-ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton) focou-se no buraco negro por 17 dias.
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Concepção artística do NuSTAR (Foto: NuSTAR/Caltech)
“As assinaturas químicas do vento mudaram com a força dos raios-X em menos de uma hora, centenas de vezes mais rápido do que já havia sido visto antes”, diz o co-autor Andrew Fabian, do Institute of Astronomy da University of Cambridge e principal investigador do projeto XMM-Newton. “Isso nos permite ligar a emissão de raios-X do material caindo no buraco negro à variabilidade do vendo de escoamento muito mais distante.”
“Esta é a primeira vez que vimos que os ventos estão interagindo com a radiação do buraco negro”, diz Michael Parker, acadêmico de pós-doutoramento também do Institute of Astronomy da University of Cambridge e primeiro autor do artigo. “Frequentemente, temos apenas uma observação de um objeto em particular, então o observamos meses ou anos depois para ver se houve mudança”, explicou. “Graças a esta longa campanha de observação, observamos mudanças nos ventos em uma escala de tempo de menos de uma hora pela primeira vez.”
“É provável que estudos posteriores desta fonte tenham aplicações de ampla gama para nosso conhecimento de como estes ventos se formam e são providos de energia, onde estão localizados, quão densos são, e quanto tempo duram – tudo isso somará ao nosso entendimento da interação entre buracos negros e suas galáxias.”
“Encontrar tal variabilidade, e evidências desta ligação, é uma compreensão profunda inportante sobre como os ventos de buracos negros são lançados e acelerados, o que, por sua vez, é uma parte essencial no entendimento de sua habilidade para moderar a formação estelar na galáxia”, comentou Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton.
Observatórios  O artigo tem o título The response of relativistic outflowing gas to the inner accretion disk of a black hole (A resposta de gás de escoamento relativístico ao disco de acreção interno de um buraco negro) e conta com outros co-autores do Caltech, como o acadêmico de pós-doutoramento Javier Garcia. A pesquisa foi financiada pelo European Research Council, o European Union Seventh Framework Programme, o Science and Technology Facilities Council, do Reino Unido, a ESA e a NASA.
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Concepção artística do XMM-Newton (Foto: ESA)
O NuSTAR é uma missão Small Explorer, liderada pelo Caltech e gerenciada pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL) para o Science Mission Directorate, da NASA. O Caltech gerencia o JPL para a NASA.

A missão NuSTAR envolve os primeiros telescópios orbitais focados em raios-X de alta energia (3-79 keV). Os telescópios orbitais anteriores não empregam ótica de foco real, mas aberturas codificadas com fundos intrinsecamente elevados e sensitividade limitada. O Nustar foi lançado em 13 de junho de 2012 por um Pegasus XL e orbita a Terra entre 650 e 610 km.

O XMM-Newton foi lançado por um Ariane 504 em 10 de dezembro de 1999 e faz parte do Horizon 2000 Science Programme. Carrega três telescópios de raios-X de alto rendimento e o primeiro monitor ótico a voar em um observatório de raios-X. A grande área coletora e a habilidade de fazer longas exposições ininterruptas lhe conferem a capacidade de realizar observações muto sensíveis.

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